[화학실험] 액체-증기 평형 실험 (예비+결과레포트)

소개글

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목차

1. 실험제목

2. 실험목적

3. 실험원리 및 이론

4. 실험 기구 및 시약

5. 실험 과정

6. 실험 결과

7. 논의 및 고찰

8. 참고문헌

본문내용

nol 50ml + benzene 소량 첨가 (1, 2, 3, 4, 5 ml)
벤젠(ml)
채취시 온도
굴절률(Y)
XB
XM
XB+XM
5
62
1.43420
0.425753076
0.574244502
0.999998
4
63
1.39839
0.235022670
0.764972481
0.999995
3
64
1.38130
0.143998302
0.855995691
0.999994
2
65
1.35872
0.023711916
0.976280546
0.999992
1
66
1.3571
0.015104814
0.984887539
0.999992353
5 mL,
4 mL,
3 mL,
2 mL,
1 mL,
[그림3] 메탄올50㎖에 벤젠의 양을 달리하여 구한 온도 - 조성 그래프
7. 논의 및 고찰
이번 액체-증기 평형 실험은 첫 실험이었다. 첫 실험이라 사전에 정확한 실험 준비 없이 실험에 임하여 많은 시행착오를 겪고 report를 쓰기위해 조원들과 토의 하면서 데이터 처리 방법과 온도-조성 그래프를 위한 여러 과정을 거치면서 이번 액체-증기평형 실험에 대한 완전한 목표를 실험report를 마무리하는 이 시점에 어느 정도 이해한 것 같다.
액체-증기 평형 실험은 먼저 benzene 50ml + methanol 소량 첨가 (1, 2, 3, 4, 5 ml)를 각각 넣어주는데 먼저 1ml 넣고 실험장치 C부분에 액화된 증기를 스포이드를 이용하여 시험관에 채취하고 2ml, 3ml, 4ml, 5ml, 각각 시료를 채취한다. methanol 50ml + benzene 소량 첨가 (1, 2, 3, 4, 5 ml)역시 같은 과정을 거친다. 여기에서 채취한 시료를 Abbe 굴절계를 이용하여 각각용액의 굴절률을 측정하게 된다. 측정된 굴절률과 굴절률측정실험에서 결과데이터를 이용하여 온도-조성그래프를 그리는 것이 이 실험의 목표가 된다.
실험과정에서 액화된 증기를 채취하는 과정에서 가열기의 온도를 일정하게 하여 나오는 증기를 채취하여 온도의 변화를 측정하여야했는데 기화되는 양이 온도에 따라 뒤죽박죽으로 증가하였다 감소하여 가열기의 온도를 그에 맞춰 임의로 조절하는 바람에 결과에 오차가 생긴 것 같다. 또한 갑작스럽게 증기가 액화된 양이 많아 C부분의 시료를 스포이드를 이용하여 B부분에 다시 넣는 과정에서도 증기가 계속 가열상태라 고무마개를 여닫는 과정에서 증기가 빠져나감으로써 오차가 발생하기도 했는 것 같다. 이러한 여러 가지 오차 요인들이 발생한 이유를 생각해 본 결과 실험과정에서 액화된 증기를 채취하는 간격이나 흐름이 일정하게 이루어졌어야 하는데 시료를 한번 채취하는 그 간격이 들쑥날쑥하여 많은 오차를 생기게한 것 같다. 이번실험의 목표를 실행하기위해선 굴절률 측정실험에서 benzene 및 의 혼합액의 굴절률이 이용된다는 사실을 report를 쓰면서 이것이 필요한 것이 아닐까 생각하던 중 교수님의 조언으로 온도-조성그래프를 얻기 위한 과정의 설명으로 두 실험의 데이터를 가지고 쉽게 온도-조성그래프를 그릴 수 있을꺼라 생각하였다. 하지만 이것은 커다란 착각이었다. 먼저 굴절률실험 데이터를 가지고 몰분율에 대한 굴절률 그래프를 그리기까지 과정이 너무나 힘들었다. 처음 아무것도 정보가 없는 상태에서 그래프를 그리니 교수님이 말씀하신 일차방정식이 아니였다. 찍힌 점들이 일직선이 나오지 않았다. 이를 어떻게 해결해야하나 생각하다 지렛규칙이나 최소자승법의 방법으로 할 수 있는다는 조언에 처음엔 지렛규칙에 대해 알아보았으나 이것역시 만만치 않았다. 도저히 이해가 되지 않아 다시 한번 교수님의 조언을 얻어 최소자승법을 이용하여 값들의 오차를 줄여야한다는 말에 우리 조원들은 전체적인 데이터처리 방법 그제서야 이해 할 수 있었다. 잔차의 제곱의 합을 통해 최소값을 찾는 방법의 최소자승법으로 점들 간의 오차를 줄여 나갈 수 있었으므로 일차방정식인 직선, 즉 [그림1]을 얻었다. [그림1]을 가지고 이번실험인 액체-증기 평형에서 얻은 굴절률의 값을 대입하여 몰분율 값을 찾아 낼 수 있었다. 그 값을 [표5][표6]에 함께 기록하였다. 여기에서 우리는 총괄성을 따져 보았을 때 두 몰분율의 합이 거의 1에 가까워지는 결과를 얻었다. [표5][표6]에 나타난 몰분율과 온도를 가지고 우리는 온도-조성 그래프를 그릴 수 있었다. 그래프에서 두 곡선이 만나는 지점이 우리가 찾고자하는 함께 끓는 혼합물의 공비점이 되는 것 이다. 벤젠 50㎖에 메탄올의 양을 달리하여 구한 온도와 몰분율의 그래프에서는 분명히 만나는 점이 하나로 존재하여 그때의 온도가 59.2℃ 로 알 수 있었다. 하지만 메탄올 50㎖에 벤젠의 양을 달리하여 구한 온도와 몰분율 그래프에서는 함께 끓는점이 존재하지 않았다. 결과처리를 하면서 왜 그럴까 조원들과 토의해본 결과 그래프를 연장하여 그리게 되면 언젠가 만나게 된다는 추측을 하게 되었다. 실제 메탄올 50㎖에 벤젠을 첨가할수록 온도는 감소함을 확인하였고, 온도가 감소하고 벤젠의 양을 6㎖, 7㎖까지 넣어 실험결과를 얻었다면 그래프에서 만나는 지점의 온도를 구할 수 있을 것이라는 결론을 도달하였다. 정확한 온도를 측정할수있었으면 하는 아쉬움이 남았다.
이번 액체-증기 평형 실험은 실험 중 벤젠의 증기 냄새를 마시게 되어 머리가 아프고, 너무 힘든 실험이었다. 또한 실험 결과 데이터 처리과정 역시 너무나 복잡하고 많은 공부를 요구했으며 많은 시행착오를 겪어야했다. 두 그래프 모두 함께 끓는점을 알아내지는 못하였지만, 많은 고생 끝에 하나의 결과라도 제대로 나와서 너무나 기쁘다.
report를 쓰면서 많은 물리화학적 이론을 알게되었고 실제 책에서만 보던 온도-조성그래프를 그려볼 수 있었던 좋은 기회였다. 힘들었던 만큼 조금 아쉬움이 남는 그래프와 만족스런 결과 데이터를 처리 할 수 있어서 너무나 다행이었고, 좋은 경험이었다.
8. 참고문헌
물리화학실험 - 대한 화학회 - 청문각
물리화학실험 - Salzberg. H. W
브리태니커 백과사전
MOORE 일반화학 - 일반화학교재연구회
물리화학 LAIDLER / MEISER - 제 3 판 김건역 - 자유아카데미

키워드

증기평형,   평형실험,   화학실험,   액체기체평형,   기체액체평형,   액기평형,   굴절률실험,   액화